KR20200050676A - Automatic control apparatus and method for resonant frequency matching of linear electron accelerator for magnetron-based radiation therapy - Google Patents

Automatic control apparatus and method for resonant frequency matching of linear electron accelerator for magnetron-based radiation therapy Download PDF

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Abstract

The present invention relates to an automatic control apparatus and a method for resonant frequency matching of a linear electron accelerator for magnetron-based radiation therapy. A resonance control apparatus of the linear electron accelerator of the present invention comprises: a high-frequency spectrum measurement unit measuring spectral distribution information and frequency information by measuring a traveling wave of an RF signal of a magnetron input to an accelerator tube through a coupler; a high-frequency power measurement unit determining pulse wave information and high-frequency power information by measuring reflected waves from the accelerator tube through the coupler and the traveling wave; and an automatic resonant frequency control unit correcting a frequency of the RF signal of the magnetron to a resonant frequency of the accelerator tube based on the spectral distribution information, the frequency information, the pulse wave information, and the high-frequency power information while an electron beam is loaded in the accelerator, and based on the spectral distribution information and the frequency information while there is not an electron beam loaded in the accelerator.

Description

마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기의 공진주파수 매칭을 위한 자동 제어 장치 및 방법{Automatic control apparatus and method for resonant frequency matching of linear electron accelerator for magnetron-based radiation therapy}Automatic control apparatus and method for resonant frequency matching of linear electron accelerator for magnetron-based radiation therapy}

본 발명은 마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기에 관한 것으로서, 특히, 그것의 공진주파수 매칭을 위한 자동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a linear electron accelerator for magnetron-based radiation therapy, and more particularly, to an automatic control device and method for matching its resonance frequency.

일반적으로 방사선치료용 선형전자가속기는 전자총으로부터의 전자를 가속관에서 가속하고 이에 의해 X-선 타겟에서 X-선을 발생시키도록 구성되어 있으며 이를 구동하기 위하여 냉각시스템, 진공시스템, 전원장치, 제어계측장치 등이 필요하다. 전자총으로부터 발생된 전자들은 가속관 내부에 형성된 가속전계에 의해 원하는 에너지까지 가속되고 가속된 전자빔이 X-선 타겟과 충돌함으로써 방사선 치료에 사용되는 X-선이 발생된다. 가속관 내부의 가속전계는 외부의 고주파 공급원으로부터 공급된 고출력의 고주파 파워에 의해 형성되며 가속관은 특정주파수에서 가속전계의 세기가 최대가 되도록 고유의 공진주파수 특성을 갖는다. 선형전자가속기의 고주파 특성은 온도변화, 전기적인 노이즈, 기계적인 외란요인 등에 의해 영향을 받으며 이는 선형전자가속기의 출력을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 선형전자가속기의 공진주파수와 공급되는 고출력고주파의 주파수를 지속적으로 매칭시켜 주는 제어과정이 매우 중요하다. 이는 선형전자가속기로부터 발생되는 X-선 출력특성(에너지(energy), 도즈량(doserate) 등)에도 영향을 미친다. 선형전자가속기의 공진주파수가 매칭이 되지 않을 경우, 공급되는 고주파 파워가 온전히 전자빔 가속에 사용되지 못하고 반사되어 나오게 되므로 진행파와 반사파 정보를 공진주파수 제어에 보통 활용한다. In general, a linear electron accelerator for radiation therapy is configured to accelerate electrons from an electron gun in an accelerator tube and thereby generate X-rays in an X-ray target. To drive this, a cooling system, a vacuum system, a power supply, and a control A measuring device is required. The electrons generated from the electron gun are accelerated to a desired energy by an accelerating electric field formed inside the accelerator tube, and the accelerated electron beam collides with the X-ray target to generate X-rays used for radiation treatment. The acceleration field inside the accelerator tube is formed by high-frequency high-frequency power supplied from an external high-frequency source, and the accelerator tube has a unique resonance frequency characteristic so that the intensity of the acceleration field is maximized at a specific frequency. The high frequency characteristics of the linear electronic accelerator are affected by temperature changes, electrical noise, mechanical disturbance factors, etc., which causes the output of the linear electronic accelerator to deteriorate. Therefore, it is very important to control the resonant frequency of the linear electronic accelerator and the frequency of the supplied high power high frequency continuously. This also affects the X-ray output characteristics (energy, dose rate, etc.) generated from the linear electron accelerator. If the resonant frequency of the linear electron accelerator does not match, the supplied high frequency power is not used entirely for electron beam acceleration and is reflected, so the traveling wave and reflected wave information are usually used for resonant frequency control.

기존의 방사선 치료용 선형전자가속기에 사용되는 자동 주파수 제어기의 구성으로서, 하이브리드 커플러(Hybrid coupler)를 사용하여 진행파와 반사파간의 위상차와 각각의 크기변화에 의해 달라지는 출력신호를 구하고, 이를 바탕으로 공진주파수의 불일치 정도를 판단하여 마그네트론 주파수 튜닝용 모터를 제어하는 방식이 있었다. As a configuration of an automatic frequency controller used in a conventional linear electronic accelerator for radiation therapy, a hybrid coupler is used to obtain a phase difference between a traveling wave and a reflected wave and an output signal that is changed by each size change. There was a method of controlling the motor for magnetron frequency tuning by judging the degree of mismatch of.

그러나, 기존의 공진주파수 제어 방식의 경우, 이와 같은 하이브리드 커플러의 출력특성상 정확한 제어가 보장되는 주파수 범위가 좁은 단점이 있다. 따라서 선형전자가속기의 공진주파수가 외부의 요인에 의해 기존에 설정된 주파수와 차이가 발생하게 되는 경우, 제어과정상에 오차가 발생하게 되고 이로 인해 정확한 제어가 수행되지 못한다. 뿐만 아니라, 일정 주파수 범위를 벗어나게 될 경우에는 제어 동작 자체가 수행되지 않을 위험성이 있다. However, in the case of the conventional resonant frequency control method, there is a disadvantage in that the frequency range in which accurate control is guaranteed is narrow due to the output characteristics of the hybrid coupler. Therefore, when the resonance frequency of the linear electronic accelerator is different from the previously set frequency due to an external factor, an error occurs in the control process, and thus, accurate control cannot be performed. In addition, when it is out of a certain frequency range, there is a risk that the control operation itself is not performed.

선형전자가속기의 고주파 특성 변화에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 요인은 온도변화이다. 온도 변화는 고주파 특성을 계측하는 아날로그모듈에 오차를 발생시킬 뿐만 아니라, 가속관의 공진주파수를 변화시키는 원인이 되기도 한다. 하지만, 기존의 제어방법의 경우, 이러한 온도변화 정보를 선제적으로 제어에 반영하거나 보정하는 기능이 존재하지 않는다. The most influential factor in changing the high-frequency characteristics of a linear electronic accelerator is temperature change. The temperature change not only causes an error in the analog module measuring high frequency characteristics, but also causes a change in the resonance frequency of the accelerator tube. However, in the case of the existing control method, there is no function to preemptively reflect or correct such temperature change information in the control.

나아가, 기존의 공진주파수 매칭 방식도 근본적인 제어원리는 주파수 불일치로 인해 발생하게 되는 반사파의 변화정보에 기반을 둔다. 따라서 정확한 반사파 측정이 선행되어야 안정적인 공진주파수 제어를 보장할 수 있다. 하지만 빔로딩이 존재할 경우, 빔로딩의 영향으로 인해 반사파의 포락선 특성이 왜곡되게 된다. 빔로딩에 의한 계측상의 오류로 인해 기존의 공진주파수 매칭 방법의 경우, 반사파가 최소가 되는 지점과 선형전자가속기의 출력과 관련하여 최적화된 지점임을 보장하지 못하는 경우가 발생하게 된다. Furthermore, the existing resonant frequency matching method is also based on the fundamental control principle based on change information of reflected waves generated due to frequency mismatch. Therefore, it is possible to ensure stable resonant frequency control only when accurate reflected wave measurement is performed. However, when beam loading is present, the envelope characteristic of the reflected wave is distorted due to the effect of the beam loading. In the case of the conventional resonant frequency matching method due to a measurement error due to beam loading, there is a case where it is not possible to guarantee that the point where the reflected wave is minimized and the optimized point with respect to the output of the linear electron accelerator.

관련 선행 문헌으로서, 등록특허 제10-1588690호(2016.01.28.), 등록특허 제10-1449610호(2014.10.13.), 등록특허 제10-1611232호(2016.04.12.) 등이 참조될 수 있다. As related prior documents, reference may be made to registered patent No. 10-1588690 (2016.01.28.), Registered patent No. 10-1449610 (2014.10.13.), Registered patent No. 10-1611232 (2016.04.12.), Etc. Can be.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 빔로딩 여부에 따라 제어 기준을 주파수 정보와 반사파의 크기 정보로 구분하였고, 공진주파수 변화에 가장 큰 영향을 주는 온도변화 정보를 제어과정에 활용하여 보다 정확한 제어가 가능하도록 하였다. 또한 반사파의 크기를 측정함에 있어 빔로딩의 영향이 작은 측정 지점을 인위적으로 설정하여 활용함으로써 선형전자가속기의 동작 초기상태부터 설정한 사양에 맞는 빔가속이 수행되어지는 상태까지의 일련의 과정이 오동작 없이 정밀하게 수행되어질 수 있도록 하였다. 이에 따른 본 발명의 목적은, 마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기에서 공진주파수 변화에 가장 큰 영향을 주는 온도변화 정보를 공진주파수 제어과정에 활용하고 빔로딩이 존재하는 경우에도 정확한 공진주파수 매칭이 가능하도록 하여, 가속관 내부의 가속전계를 최대로하고 X-선 출력특성(에너지, 도즈량 등)의 성능을 향상시킬 수 있는, 주파수 자동 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. Therefore, the present invention was devised to solve the above-mentioned problems, and in the present invention, the control criteria are divided into frequency information and size information of reflected waves according to whether or not the beam is loaded, and temperature change information that has the greatest influence on the resonance frequency change. Was used in the control process to enable more accurate control. Also, in measuring the size of the reflected wave, a series of processes from the initial state of the operation of the linear electronic accelerator to the state in which the beam acceleration in accordance with the set specifications is performed by artificially setting and utilizing a measurement point having a small influence of beam loading is malfunctioning. It was able to be performed precisely without. Accordingly, the object of the present invention is to utilize the temperature change information that has the greatest influence on the resonance frequency change in the magnetron-based linear electron accelerator for radiation therapy in the resonance frequency control process and enable accurate resonance frequency matching even when beam loading is present. It is to provide an automatic frequency control device and method capable of maximizing the acceleration electric field inside the accelerator tube and improving the performance of X-ray output characteristics (energy, dose, etc.).

먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의일면에 따른 선형전자가속기의 공진 제어 장치는, 커플러를 통해 가속관으로 입력되는 마그네트론의 RF 신호의 진행파를 측정하여 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 결정하는 고주파스펙트럼 측정부; 상기 진행파 및 상기 커플러를 통해 상기 가속관으로부터 나오는 반사파를 측정하여 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 결정하는 고주파파워 측정부; 및 상기 가속관의 전자빔 로딩 상태에서는 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 및 상기 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 기초로, 상기 가속관의 전자빔 로딩이 없는 상태에서는 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 기초로, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 상기 가속관의 공진 주파수로 보정하는 공진주파수 자동 제어부를 포함한다.First, to summarize the features of the present invention, the resonance control device of the linear electronic accelerator according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a spectrum measured by measuring the traveling wave of the RF signal of the magnetron input to the accelerator through the coupler A high frequency spectrum measurement unit for determining distribution information and frequency information; A high-frequency power measuring unit for measuring pulse wave information and high-frequency power information by measuring reflected waves from the accelerator tube through the traveling wave and the coupler; And in the electron beam loading state of the accelerator, based on the spectral distribution information and frequency information, the pulse waveform information, and high-frequency power information. In the absence of electron beam loading of the accelerator tube, based on the spectral distribution information and frequency information. And an automatic resonant frequency control unit that corrects the frequency of the RF signal of the magnetron to the resonant frequency of the accelerator tube.

상기 가속관의 전자빔에 의해 X-선 타겟에서 발생되는 X-선에 대한 콜리메이터 출력을 방사선치료에 이용하기 위한 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the collimator output for the X-ray generated from the X-ray target by the electron beam of the accelerator tube is used for radiation therapy.

상기 선형전자가속기의 공진 제어 장치는, 상기 공진주파수 자동 제어부에서 상기 주파수의 보정에 반영하기 위한 상기 가속관의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함한다.The resonance control device of the linear electronic accelerator further includes a temperature measurement unit for measuring the temperature of the accelerator tube to reflect the correction of the frequency in the automatic resonance frequency control unit.

상기 공진주파수 자동 제어부는, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 상기 가속관의 공진 주파수로 보정하기 위한 룩업 테이블 정보를 저장하는 저장부; 및 상기 가속관의 전자빔 로딩의 온오프에 따라, 상기 룩업 테이블 정보를 참조하여 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정하는 결정부를 포함한다.The automatic resonant frequency control unit includes: a storage unit that stores lookup table information for correcting the frequency of the RF signal of the magnetron to the resonant frequency of the accelerator tube; And a determining unit for correcting the frequency of the RF signal of the magnetron with reference to the look-up table information according to on / off of electron beam loading of the accelerator tube.

상기 룩업 테이블 정보는, 상기 가속관의 공진 모드에서의 공진주파수 정보, 온도 변화에 따른 상기 가속관의 공진주파수 변화의 정보, 및 공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보를 포함한다.The lookup table information includes resonant frequency information in a resonant mode of the accelerator tube, information on a change in resonant frequency of the accelerator tube according to a temperature change, and information on a frequency difference between resonant modes.

상기 공진주파수 자동 제어부는,상기 가속관의 전자빔 로딩이 없는 상태에서, 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보에 대하여, 룩업 테이블의 상기 가속관의 공진 모드에서의 공진주파수 정보, 및 공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보를 참조하여, 해당 공진 모드의 이탈여부를 판단하고 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정할 수 있다.The automatic resonant frequency control unit, in the absence of electron beam loading of the accelerator tube, with respect to the spectral distribution information and frequency information, the frequency difference between the resonant frequency information in the resonance mode of the accelerator tube of the look-up table and the resonance modes With reference to the information on, it may be determined whether or not the resonance mode is deviated, and the frequency of the RF signal of the magnetron may be corrected.

상기 공진주파수 자동 제어부는, 상기 가속관의 온도에 대한 정보를 입력 받고, 상기 룩업 테이블에서의 온도 변화에 따른 상기 가속관의 공진주파수 변화의 정보를 더 참조하여, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정할 수 있다.The automatic resonant frequency control unit receives information on the temperature of the accelerator tube and further refers to information on a change in the resonant frequency of the accelerator tube according to a temperature change in the look-up table to determine the frequency of the RF signal of the magnetron. Can be corrected.

상기 공진주파수 자동 제어부는, 상기 가속관의 전자빔 로딩 상태에서, 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 및 상기 펄스파형 정보와 고주파파워 정보에 대하여, 룩업 테이블의 상기 가속관의 공진 모드에서의 공진주파수 정보, 및 공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보를 참조하여, 해당 공진 모드의 이탈여부를 판단하고 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정할 수 있다.The automatic resonant frequency control unit, in the electron beam loading state of the accelerator tube, for the spectral distribution information and frequency information, and the pulse waveform information and the high frequency power information, resonant frequency information in a resonance mode of the accelerator tube in a look-up table, And referring to information on the frequency difference between the resonance modes, it is possible to determine whether or not the resonance mode deviates, and correct the frequency of the RF signal of the magnetron.

상기 공진주파수 자동 제어부는, 상기 가속관의 온도에 대한 정보를 입력 받고, 상기 룩업 테이블에서의 온도 변화에 따른 상기 가속관의 공진주파수 변화의 정보를 더 참조하여, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정할 수 있다.The automatic resonant frequency control unit receives information about the temperature of the accelerator tube, and further refers to the information of the change in the resonant frequency of the accelerator tube according to the temperature change in the lookup table to determine the frequency of the RF signal of the magnetron. Can be corrected.

상기 마그네트론의 RF 신호의 발생을 위한 모듈레이터 신호 펄스폭 내에서 그 보다 작은 펄스폭을 갖는 상기 가속관의 전자빔 발생을 위한 모듈레이터 신호를 인가해, 상기 가속관의 전자빔 로딩에 의해 영향을 받지않는 구간에서 측정되는 반사파의 측정 파워를 이용하여, 상기 공진주파수 자동 제어부는 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정할 수 있다.In a section not affected by electron beam loading of the accelerator tube by applying a modulator signal for generating an electron beam of the accelerator tube having a smaller pulse width within a modulator signal pulse width for generating the RF signal of the magnetron. The resonant frequency automatic control unit may correct the frequency of the RF signal of the magnetron using the measured power of the reflected wave.

그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 선형전자가속기의 공진 제어 방법은, 커플러를 통해 가속관으로 입력되는 마그네트론의 RF 신호의 진행파를 측정하여 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 결정하는 단계; 상기 진행파 및 상기 커플러를 통해 상기 가속관으로부터 나오는 반사파를 측정하여 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 결정하는 단계; 및 상기 가속관의 전자빔 로딩 상태에서는 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 및 상기 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 기초로, 상기 가속관의 전자빔 로딩이 없는 상태에서는 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 기초로, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 상기 가속관의 공진 주파수로 보정하는 단계를 포함한다.In addition, the resonance control method of the linear electron accelerator according to another aspect of the present invention includes: measuring spectral distribution information and frequency information by measuring a traveling wave of an RF signal of a magnetron input to an accelerator tube through a coupler; Determining pulse waveform information and high frequency power information by measuring reflected waves from the accelerator tube through the traveling wave and the coupler; And in the electron beam loading state of the accelerator, based on the spectral distribution information and frequency information, the pulse waveform information, and high-frequency power information. In the absence of electron beam loading of the accelerator tube, based on the spectral distribution information and frequency information. Compensating the frequency of the RF signal of the magnetron to the resonance frequency of the accelerator tube.

전자빔 가속과정의 효율성은 가속관의 공진주파수와 외부의 고주파공급원으로부터 전달되는 고출력 고주파 파워의 주파수 간의 매칭여부에 의존한다. 따라서 선형전자가속기를 통해 원하는 사양의 X-선을 출력하기 위해서는 정밀하고 안정적인 공진주파수 제어가 선행되어야 한다. 선형전자가속기 고주파특성은 전자빔의 가속과정에서 발생하게 되는 온도 변화, 전기적인 노이즈, 외부의 기계적인 외란요인 등에 의해 영향을 받는다. 언급된 외란 요인들 중 선형전자가속기의 출력 특성에 가장 큰 영향을 주는 요인은 빔로딩 및 고출력 고주파 공급에 따른 온도변화로서 이로 인해 발생하게 되는 가속관 내 공진주파수 변화를 추적하여 마그네트론의 출력 고주파의 주파수를 매칭시켜주는 제어과정이 매우 중요하다. The efficiency of the electron beam acceleration process depends on the matching between the resonant frequency of the accelerator tube and the frequency of the high output high frequency power transmitted from an external high frequency supply source. Therefore, in order to output X-rays of desired specifications through a linear electronic accelerator, precise and stable resonance frequency control must be preceded. The high frequency characteristics of the linear electron accelerator are affected by temperature changes, electrical noise, and external mechanical disturbance factors that occur during the acceleration process of the electron beam. Among the disturbance factors mentioned, the factor that has the greatest influence on the output characteristics of the linear accelerator is the temperature change according to the beam loading and high-power high-frequency supply, and it tracks the change in the resonance frequency in the accelerator to generate the high-frequency output of the magnetron. The control process that matches frequencies is very important.

따라서, 본 발명에 따른 마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기에서의 공진주파수 자동 제어방법에 따르면, 마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기에서 공진주파수 변화에 가장 큰 영향을 주는 온도변화 정보를 공진주파수 제어과정에 활용하고 빔로딩이 존재하는 경우에도 정확한 공진주파수 제어가 가능하도록 하여, 가속관 내부의 가속전계를 최대로하고 X-선 출력특성(에너지, 도즈량 등)의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Therefore, according to the method for automatically controlling the resonance frequency in the magnetron-based linear electron accelerator for radiotherapy according to the present invention, the resonance frequency control process controls the temperature change information that has the greatest influence on the resonance frequency change in the magnetron-based linear electron accelerator for radiotherapy It has the effect of maximizing the acceleration electric field inside the accelerator tube and improving the performance of X-ray output characteristics (energy, dose, etc.) by enabling it to accurately control the resonant frequency even in the presence of beam loading. have.

즉, 본 발명에서는 주파수 정보와 고주파의 파워 정보, 가속관의 온도변화 정도를 선형전자가속기의 운전상태 변화에 대응하여 복합적으로 활용한다. 기존의 제어방식에 비해 다양한 상태정보들을 제어과정에 활용함으로써 공진주파수 불일치를 직관적으로 모니터링 가능하고 고주파특성의 변화에 능동적인 대응이 가능하다. 특히, 빔 로딩 시에 발생하게 되는 고주파 파형의 왜곡에 크게 영향을 받지 않기 때문에 전자빔 인출에 따른 상태 변화과정에서도 즉각적인 제어가 가능한 장점이 있다. 또한, 선형전자가속기의 고주파 특성에 지배적인 영향을 주는 요인인 온도 변화를 지속적으로 모니터링하고 이러한 정보를 연계하여 제어 과정이 수행되도록 함으로써, 온도 변화에 의한 고주파 특성 변화를 선제적으로 예측하여 보다 정확한 제어가 가능하다.That is, in the present invention, the frequency information, the high frequency power information, and the degree of temperature change of the accelerator tube are used in combination in response to the change in the operating state of the linear electronic accelerator. By using various status information in the control process compared to the conventional control method, it is possible to intuitively monitor the resonance frequency mismatch and actively respond to changes in high-frequency characteristics. In particular, since it is not significantly affected by the distortion of the high-frequency waveform generated during beam loading, there is an advantage in that instant control is possible even in a state change process according to electron beam extraction. In addition, by continuously monitoring the temperature change, which is a factor that predominantly affects the high-frequency characteristics of the linear electronic accelerator, and allowing the control process to be performed by linking this information, it is possible to proactively predict the high-frequency characteristic changes due to the temperature change to make it more accurate. Control is possible.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기의 공진 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔로딩 온/오프 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 제어 장치의 빔로딩 오프 상태에서의 공진주파수 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 제어 장치의 빔로딩 온상태에서의 공진주파수 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 빔로딩에 의한 반사파 파형 변화를 나타낸 파형도이다.
도 6은 고주파 펄스폭과 전자총 펄스폭 설정에 따른 빔로딩에 의한 반사파 파형 왜곡을 나타낸 파형도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가속관의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7과 같은 멀티셀 가속관에서의 S11 특성 그래프이다.
도 9는 온도 변화와 빔로딩에 의한 공진주파수 변화를 보여주는 고주파신호의 파형도의 예들이다.The accompanying drawings included as part of the detailed description to aid understanding of the present invention provide embodiments of the present invention and describe the technical spirit of the present invention together with the detailed description.
1 is a view for explaining a resonance control device of a linear electron accelerator for magnetron-based radiation therapy according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining a beam loading on / off state according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a resonance frequency control method in a beam loading off state of the resonance control apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a method of controlling a resonance frequency in a beam loading on state of a resonance control device according to an embodiment of the present invention.
5 is a waveform diagram showing changes in reflected wave waveforms by beam loading.
6 is a waveform diagram showing reflected wave waveform distortion caused by beam loading according to a high frequency pulse width and electron gun pulse width setting.
7 is a view for explaining an example of an accelerator tube according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph of S11 characteristics in the multi-cell accelerator tube as shown in FIG. 7.
9 is an example of a waveform diagram of a high frequency signal showing a change in temperature and a resonance frequency due to beam loading.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해서 자세히 설명한다. 이때, 각각의 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타낸다. 또한, 이미 공지된 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하에 개시된 내용은, 다양한 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분을 중점적으로 설명하며, 그 설명의 요지를 흐릴 수 있는 요소들에 대한 설명은 생략한다. 또한 도면의 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니며, 따라서 각각의 도면에 그려진 구성요소들의 상대적인 크기나 간격에 의해 여기에 기재되는 내용들이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. At this time, the same components in each drawing are denoted by the same reference numerals as possible. In addition, detailed descriptions of already known functions and / or configurations are omitted. The contents disclosed below focus on parts necessary for understanding the operation according to various embodiments, and descriptions of elements that may obscure the subject matter of the description will be omitted. Also, some components of the drawings may be exaggerated, omitted, or schematically illustrated. The size of each component does not entirely reflect the actual size, and thus the contents described herein are not limited by the relative size or spacing of the components drawn in each drawing.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다. In describing the embodiments of the present invention, when it is determined that a detailed description of known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or practice. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. The terminology used in the detailed description is only for describing embodiments of the present invention and should not be limiting. Unless expressly used otherwise, a singular form includes a plural form. In this description, expressions such as “including” or “equipment” are intended to indicate certain characteristics, numbers, steps, actions, elements, parts or combinations thereof, and one or more other than described. It should not be interpreted to exclude the presence or possibility of other characteristics, numbers, steps, actions, elements, or parts or combinations thereof.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Further, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used to distinguish one component from other components. Used only.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기(1000)의 공진 제어 장치(100)를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a resonance control device 100 of a linear electron accelerator 1000 for magnetron-based radiation therapy according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기(1000)는, 공진 제어 장치(100), 마그네트론(60), 마그네트론(60)의 RF(Radio Frequency) 신호 발생을 위한 고주파용 펄스 모듈레이터 신호 등 전반적인 제어 신호를 생성하는 마그네트론 모듈레이터(50), 공진 제어 장치(100)의 보정 신호에 따라 마그네트론(60)의 주파수 조정용 샤프트(shaft)를 조정하는 튜닝 모터(65), 마그네트론(60)에서 전자 가속관(20)으로 전송되는 RF 신호의 진행파와 반사파를 공진 제어 장치(100)로 전달하는 방향성 커플러(directional coupler)(70), 마그네트론(60)으로부터 RF 신호를 입력받아 전자빔을 가속시키기 위한 전자 가속관(20), 전자빔을 방출하는 전자총(10), 전자 가속관(20)에서 RF 신호에 따라 가속되는 전자빔의 충돌을 유도하고 X-선을 발생하는 X-선 타겟(30), 발생된 X-선의 방향과 확산을 조절하여 X-선 필드(field)를 변환하는 콜리메이터(collimator)(40)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a magnetron-based linear electron accelerator 1000 for radiotherapy according to an embodiment of the present invention includes a resonance control device 100, a magnetron 60, and a radio frequency (RF) signal of the magnetron 60. A magnetron modulator 50 that generates an overall control signal such as a high-frequency pulse modulator signal for generation, and a tuning motor 65 that adjusts a shaft for frequency adjustment of the magnetron 60 according to a correction signal of the resonance control device 100 ), A directional coupler (70) for transmitting the traveling wave and the reflected wave of the RF signal transmitted from the magnetron 60 to the electron accelerator tube 20 to the resonance control device 100, the RF signal from the magnetron 60 The electron accelerator tube 20 for receiving the input and accelerating the electron beam, the electron gun 10 emitting the electron beam, and the electron accelerator tube 20 to induce collision of the electron beam accelerated according to the RF signal and generate X-rays X- Line Adjusting the nuggets 30, generating an X- direction and the line spread comprises a collimator (collimator) (40) for converting an X- ray field (field).

본 발명의 선형전자가속기(1000)에서 가속관(20)의 전자빔에 의해 X-선 타겟(30)에서 발생되는 X-선에 대한 콜리메이터(40) 출력은 암세포 파괴를 위한 방사선치료에 이용할 수 있게 된다.The output of the collimator 40 for X-rays generated by the X-ray target 30 by the electron beam of the accelerator tube 20 in the linear electron accelerator 1000 of the present invention can be used for radiotherapy for the destruction of cancer cells do.

이를 위하여, 본 발명의 선형전자가속기(1000)의 공진 제어 장치(100)는, 온도 등 환경 변화에 따라 마그네트론(60)의 RF 신호가 가속관(20)의 공진 주파수와 불일치하게 될 경우, 이를 자동 제어하기 위한 것으로서, 공진주파수 자동제어부(110), 온도 측정부(120), 고주파 파워 측정부(130), 고주파 스펙트럼 측정부(140)를 포함한다. To this end, the resonance control device 100 of the linear electronic accelerator 1000 of the present invention, when the RF signal of the magnetron 60 is inconsistent with the resonance frequency of the accelerator tube 20 according to environmental changes such as temperature, As for automatic control, it includes an automatic resonant frequency control unit 110, a temperature measurement unit 120, a high frequency power measurement unit 130, and a high frequency spectrum measurement unit 140.

온도 측정부(120)는 가속관(20)의 온도를 측정하며, 측정된 온도 정보는 공진주파수 자동 제어부(110)에서 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 가속관(20)의 공진 주파수로 보정하는 데 반영된다. 온도 측정부(120)는 좀 더 정확한 주파수 제어를 위해 적용될 수 있으며, 반드시 필요한 필수 구성요소는 아니며 필요에 따라 선택적으로 사용되거나 사용되지 않을 수 있다.The temperature measuring unit 120 measures the temperature of the accelerator tube 20, and the measured temperature information is the resonant frequency automatic control unit 110 converting the frequency of the RF signal of the magnetron 60 to the resonant frequency of the accelerator tube 20. It is reflected in the correction. The temperature measurement unit 120 may be applied for more accurate frequency control, and is not necessarily an essential component, and may or may not be selectively used as necessary.

공진주파수 자동제어부(110)는 공진 제어 장치(100)의 전반적인 제어를 담당하며 반도체 프로세서 등 하드웨어로 이루어질 수 있고, 또한 응용 프로그램과 같은 소프트웨어와 결합하여 작동될 수도 있다. The automatic resonant frequency control unit 110 is responsible for overall control of the resonant control device 100 and may be made of hardware such as a semiconductor processor, or may be operated in combination with software such as an application program.

공진주파수 자동제어부(110)는 온도 측정부(120), 고주파 파워 측정부(130), 고주파 스펙트럼 측정부(140)로부터 해당 정보들을 수신하여, 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 가속관(20)의 공진 주파수로 보정하기 위한 보정 신호를 생성한다. 공진주파수 자동제어부(110)로부터의 보정 신호는 튜닝 모터(65)로 전달되고, 튜닝 모터(65)는 공진 제어 장치(100)의 보정 신호에 따라 마그네트론(60)의 주파수 조정용 샤프트(shaft)를 조정하게 된다.The automatic resonant frequency control unit 110 receives the corresponding information from the temperature measurement unit 120, the high frequency power measurement unit 130, and the high frequency spectrum measurement unit 140 to accelerate the frequency of the RF signal of the magnetron 60 ( A correction signal for correcting with the resonance frequency of 20) is generated. The correction signal from the resonant frequency automatic control unit 110 is transmitted to the tuning motor 65, and the tuning motor 65 adjusts the shaft for frequency adjustment of the magnetron 60 according to the correction signal of the resonance control device 100. To adjust.

이를 위하여, 고주파 스펙트럼 측정부(140)는 마그네트론(60)으로부터 가속관(20)으로 입력되는 RF 신호의 진행파를 측정하여 결정된 스펙트럼 분포 정보(예, 주파수 범위 등)와 주파수 정보(예, 중간 주파수 등)를 공진주파수 자동제어부(110)로 출력한다.To this end, the high-frequency spectrum measuring unit 140 measures the traveling wave of the RF signal input from the magnetron 60 to the accelerator tube 20 and determines spectrum distribution information (eg, frequency range, etc.) and frequency information (eg, intermediate frequency). Etc.) to the resonant frequency automatic control unit 110.

고주파 파워 측정부(130)는 커플러(70)를 통해 가속관(20)으로 입력되는 마그네트론(60)의 RF 신호의 진행파를 측정하며, 또한 커플러(70)를 통해 가속관(20)으로부터 나오는 반사파를 측정하여, 결정된 펄스파형 정보(도 5/도 6의 진행파/반사파 참조)와 고주파파워 정보(예, 진행파 및 반사파의 피크(peak)값, 임의의 측정시점에서의 파워측정값))를 공진주파수 자동제어부(110)로 출력한다.The high-frequency power measuring unit 130 measures the traveling wave of the RF signal of the magnetron 60 input to the accelerator tube 20 through the coupler 70, and also the reflected wave from the accelerator tube 20 through the coupler 70 By measuring, resonance of the determined pulse waveform information (refer to the traveling wave / reflected wave in FIG. 5/6) and high-frequency power information (eg, peak values of traveling waves and reflected waves, power measurement values at arbitrary measurement points) Output to the frequency automatic control unit 110.

공진주파수 자동제어부(110)는 온도 측정부(120), 고주파 파워 측정부(130), 고주파 스펙트럼 측정부(140)에서 측정되거나 계산된 해당 정보들을 수신하면, 가속관(20)의 전자빔 로딩 여부에 따라, 가속관(20)의 전자빔 로딩이 없는 상태에서는 도 3과 같이 고주파 스펙트럼 측정부(140)로부터의 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 기초로, 또한, 가속관(20)의 전자빔 로딩 상태에서는 도 4와 같이 고주파 스펙트럼 측정부(140)로부터의 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 및 고주파 파워 측정부(130)로부터의 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 기초로, 마그네트론의(60) RF 신호의 주파수를 가속관(20)의 공진 주파수로 보정하기 위한 보정 신호를 생성하여 튜닝 모터(65)로 제공한다. When the resonance frequency automatic control unit 110 receives the information measured or calculated by the temperature measurement unit 120, the high frequency power measurement unit 130, and the high frequency spectrum measurement unit 140, whether the electron beam of the accelerator tube 20 is loaded or not Accordingly, in the state where there is no electron beam loading of the accelerator tube 20, based on the spectral distribution information and frequency information from the high frequency spectrum measuring unit 140 as shown in FIG. 3, and in the electron beam loading state of the accelerator tube 20, Based on the spectrum distribution information and frequency information from the high frequency spectrum measurement unit 140 and the pulse waveform information and the high frequency power information from the high frequency power measurement unit 130 as shown in Figure 4, the frequency of the RF signal of the magnetron (60). A correction signal for correcting the resonance frequency of the accelerator tube 20 is generated and provided to the tuning motor 65.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔로딩 온/오프 상태를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a beam loading on / off state according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 가속관(20)의 전자빔 로딩 상태 여부는, 도시되지 않았지만, 선형전자가속기(1000)의 전반적인 동작 상태를 모니터링하고 제어하기 위한 소정의 상위 통합 제어 시스템에 의해 결정될 수 있다. Referring to FIG. 2, whether the electron beam loading state of the accelerator tube 20 is not illustrated, may be determined by a predetermined upper integrated control system for monitoring and controlling the overall operating state of the linear electron accelerator 1000.

예를 들어, 마그네트론 모듈레이터(50)가 마그네트론(60)의 RF(Radio Frequency) 신호 발생을 위한 고주파용 펄스 모듈레이터 신호를 마그네트론(60)으로 출력하고, 전자총 모듈레이터(도시되지 않음)가 전자총(10)의 전자빔 방출을 위한 전자총용 펄스 모듈레이터 신호를 전자총(10)으로 출력하면, 전자총(10)은 전자빔을 방출하고 X-선 타겟(30)이 X-선을 발생할 수 있게 되므로, 상위 통합 제어 시스템은 이와 같은 고주파용 펄스 모듈레이터 신호와 전자총용 펄스 모듈레이터 신호의 액티브 상태 여부에 따라 전자빔 온오프 상태 정보를 생성할 수 있다(200).  For example, the magnetron modulator 50 outputs a high frequency pulse modulator signal for generating a radio frequency (RF) signal of the magnetron 60 to the magnetron 60, and an electron gun modulator (not shown) has an electron gun 10 When the pulse modulator signal for the electron gun for emitting the electron beam of the electron gun is output to the electron gun 10, the electron gun 10 emits an electron beam and the X-ray target 30 can generate X-rays. The electron beam on-off state information may be generated according to whether the high-frequency pulse modulator signal and the electron gun pulse modulator signal are active (200).

공진주파수 자동제어부(110)는 전자빔 온오프 상태 정보에 따라 가속관(20)의 전자빔 로딩 여부를 판단한다(210). 예를 들어, 전자빔 온오프 상태 정보가 상태 State #1(예, OFF)를 나타내면 가속관(20)의 전자빔 로딩이 없는 상태로 판단할 수 있다(220). 또한, 전자빔 온오프 상태 정보가 상태 State #2(예, ON)를 나타내면 가속관(20)의 전자빔 로딩 상태로 판단할 수 있다(230).The automatic resonant frequency control unit 110 determines whether the electron beam of the accelerator tube 20 is loaded according to the electron beam on / off state information (210). For example, when the electron beam on / off state information indicates state State # 1 (eg, OFF), it can be determined that there is no electron beam loading of the accelerator 20 (220). In addition, when the electron beam on / off state information indicates state # 2 (eg, ON), it can be determined as the electron beam loading state of the accelerator tube (230).

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 제어 장치(100)의 빔로딩 온오프 상태에서 공진주파수 제어 방법을 좀 더 자세히 설명한다. Hereinafter, a method of controlling a resonance frequency in a beam loading on-off state of the resonance control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3 및 도 4와 같이, 공진 제어 장치(100)의 공진주파수 자동 제어부(110)는, 룩업 테이블 정보를 저장하는 저장부(111) 및 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 보정하기 위한 보정 신호를 결정하는 결정부(112)를 포함한다. 3 and 4, the resonant frequency automatic control unit 110 of the resonance control device 100 is corrected to correct the frequency of the RF signal of the storage unit 111 and the magnetron 60 storing the lookup table information. And a determining unit 112 for determining a signal.

저장부(111)는 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 가속관(20)의 공진 주파수로 보정하기 위한 룩업 테이블 정보를 저장한다. 룩업 테이블 정보는, 가속관(20)의 공진 모드(예, π/2 모드)에서의 공진주파수 정보, 온도 변화에 따른 가속관(20)의 공진주파수 변화의 정보, 및 공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보 등을 포함할 수 있다. 도 7의 가속관(20)의 단면도와 같이, 가속관(20)은 멀티셀 형태로 이루어질수 있다. 이때, 도 8의 S11 특성과 같이 셀(Cell)의 개수만큼에 해당하는 공진 주파수 특성을 가지며, 각각의 공진 주파수에 따라 가속관(20) 셀 내부에 형성되는 전자기장의 구조적인 형태(모드)가 달라진다. 일반적으로 선형전자가속기는 도 7과 같은 가속관(20)의 인접하는 셀간의 고주파 위상차가 90도가 되도록 형성되는 π/2 모드로 동작된다.The storage 111 stores lookup table information for correcting the frequency of the RF signal of the magnetron 60 to the resonance frequency of the accelerator tube 20. The lookup table information includes resonant frequency information in a resonance mode (eg, π / 2 mode) of the accelerator tube 20, information on a change in the resonance frequency of the accelerator tube 20 according to temperature change, and a frequency difference between the resonance modes It may include information about. As shown in the sectional view of the accelerator tube 20 of FIG. 7, the accelerator tube 20 may be formed in a multi-cell form. At this time, as shown in S11 of FIG. 8, the resonance frequency characteristic corresponding to the number of cells is provided, and the structural form (mode) of the electromagnetic field formed inside the accelerator tube 20 cell according to each resonance frequency is Is different. In general, the linear electron accelerator is operated in a π / 2 mode in which a high frequency phase difference between adjacent cells of the accelerator tube 20 as shown in FIG. 7 is 90 degrees.

결정부(112)는 가속관(20)의 전자빔 로딩의 온오프에 따라, 저장부(111)의 룩업 테이블 정보를 참조하여 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 보정하기 위한 보정 신호를 결정하여 공진 주파수가 되도록 보정한다. The determining unit 112 determines the correction signal for correcting the frequency of the RF signal of the magnetron 60 by referring to the look-up table information of the storage unit 111 according to on / off of electron beam loading of the accelerator tube 20. Correct it to be the resonance frequency.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 제어 장치(100)의 빔로딩 오프 상태에서의 공진주파수 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a method of controlling a resonance frequency in a beam loading off state of the resonance control device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 공진주파수 자동 제어부(110)의 결정부(112)는, 가속관(20)의 전자빔 로딩이 없는 상태(State #1)에서, 위와 같은 고주파 스펙트럼 측정부(140)로부터의 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보에 대하여, 상기 룩업 테이블의 가속관(20)의 공진 모드에서의 공진주파수 정보, 및 공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보를 참조하여, 해당 공진 모드의 이탈여부를 판단하고 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 보정한다. 결정부(112)는 상기 공진 모드에서 동작되도록 자동 제어하며 다른 모드에서 오동작하는 경우를 선제적으로 방지할 수 있게 된다. 공진주파수 자동 제어부(110)가 온도 측정부(120)로부터 가속관(20)의 온도에 대한 정보를 입력 받는 경우에, 결정부(112)는, 상기 룩업 테이블에서의 온도 변화에 따른 가속관(20)의 공진주파수 변화의 정보를 더 참조하여, 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 더욱 정확하고 정밀하게 보정할 수 있다. Referring to FIG. 3, the determination unit 112 of the automatic resonant frequency control unit 110 of the present invention, in a state in which there is no electron beam loading of the accelerator tube 20 (State # 1), the high frequency spectrum measurement unit 140 as described above With respect to spectral distribution information and frequency information from), whether or not the resonance mode is deviated by referring to information on the resonance frequency in the resonance mode of the acceleration tube 20 of the lookup table and the frequency difference between the resonance modes. Determine and correct the frequency of the RF signal of the magnetron 60. The determination unit 112 automatically controls to operate in the resonant mode and prevents a malfunction in other modes. When the automatic resonant frequency control unit 110 receives information about the temperature of the accelerator tube 20 from the temperature measuring unit 120, the determination unit 112 may accelerate the tube according to the temperature change in the look-up table ( The frequency of the RF signal of the magnetron 60 can be more accurately and precisely corrected by further referring to the information of the resonance frequency change of 20).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공진 제어 장치(100)의 빔로딩 온상태에서의 공진주파수 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a method of controlling a resonance frequency in a beam loading on state of the resonance control device 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 공진주파수 자동 제어부(110)의 결정부(112)는, 가속관(20)의 전자빔 로딩 상태(State #2)에서, 고주파 스펙트럼 측정부(140)로부터의 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 뿐만아니라 고주파 파워 측정부(130)로부터의 펄스파형 정보와 고주파파워 정보에 대하여, 상기 룩업 테이블의 가속관(20)의 공진 모드에서의 공진주파수 정보, 및 공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보를 참조하여, 해당 공진 모드의 이탈여부를 판단하고 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정한다. 결정부(112)는 상기 공진 모드에서 동작되도록 자동 제어하며 다른 모드에서 오동작하는 경우를 선제적으로 방지할 수 있게 된다. 공진주파수 자동 제어부(110)가 온도 측정부(120)로부터 가속관(20)의 온도에 대한 정보를 입력 받는 경우에, 결정부(112)는, 상기 룩업 테이블에서의 온도 변화에 따른 가속관(20)의 공진주파수 변화의 정보를 더 참조하여, 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 더욱 정확하고 정밀하게 보정할 수 있다. 4, the determination unit 112 of the resonant frequency automatic control unit 110 of the present invention, the spectrum from the high-frequency spectrum measurement unit 140 in the electron beam loading state (State # 2) of the accelerator tube 20 Resonance frequency information in the resonance mode of the accelerator tube 20 of the look-up table, and frequency between the resonance modes, as well as distribution information and frequency information, as well as pulse waveform information and high-frequency power information from the high-frequency power measurement unit 130. With reference to the information on the difference, it is determined whether or not the resonance mode is deviated, and the frequency of the magnetron RF signal is corrected. The determination unit 112 automatically controls to operate in the resonant mode and prevents a malfunction in other modes. When the automatic resonant frequency control unit 110 receives information about the temperature of the accelerator tube 20 from the temperature measuring unit 120, the determination unit 112 may accelerate the tube according to the temperature change in the look-up table ( The frequency of the RF signal of the magnetron 60 can be more accurately and precisely corrected by further referring to the information of the resonance frequency change of 20).

이와 같이 본 발명에서는 고주파 신호의 주파수정보, 고주파 신호의 파워 관련 정보, 가속관의 온도 변화를 실시간으로 측정하여 공진주파수를 제어하는 방법으로써, 기존의 제어방식과 달리 빔가속여부에 따라 제어 스테이트를 State #1, State #2와 같이 2단계로 구분하여, 빔로딩이 없는 경우(State #1)에는 주파수정보를 기반으로 하여 동작모드(π/2모드)를 이탈하지 않는 범위에서 대략적 조정(Coarse tuning)을 진행하고 빔로딩이 존재하는 경우(State #2)에는 반사파의 크기 정보를 기반으로 하여 정밀조정(fine tuning)이 진행되도록 하였다. As described above, the present invention is a method for controlling the resonance frequency by measuring the frequency information of the high frequency signal, the power-related information of the high frequency signal, and the temperature change of the accelerator tube in real time. Unlike the conventional control method, the control state is adjusted according to whether the beam is accelerated or not. It is divided into two stages such as State # 1 and State # 2, and when there is no beam loading (State # 1), it is roughly adjusted within the range that does not deviate from the operation mode (π / 2 mode) based on the frequency information (Coarse tuning), and if beam loading is present (State # 2), fine tuning is performed based on the size information of the reflected wave.

또한, 이와 같이 빔로딩이 존재하는 경우(State #2), 반사파의 파워 크기를 기반으로 하게 되는데, 이 경우에도 빔로딩 후 일정 버퍼시간 내에는 주파수를 기준으로 한 피드백 제어가 수행되도록 함으로써 1차적으로 빔로딩으로 인한 주파수 변화로 인해 동작모드를 이탈하였는지의 여부를 먼저 판단하도록 하였고, π/2 근처에서 정상적으로 동작되고 있음이 확인된 후에, 제어의 판단 기준을 반사파의 파워크기로 전환하도록 하였다. In addition, in the case where beam loading is present (State # 2), it is based on the magnitude of the power of the reflected wave. In this case, the feedback control based on the frequency is performed within a predetermined buffer time after beam loading, thereby primary. As a result, it was first determined whether or not the operation mode was deviated due to a frequency change due to beam loading, and after confirming that it was operating normally near π / 2, the control criteria were switched to the power magnitude of the reflected wave.

본 발명에서는 위와 같이 제어 스테이트 State #1에서 주파수 기반의 공진주파수 제어방법과 제어 스테이트 State #2에서 반사파 파워 기반의 공진주파수 제어방법을 제안한다. The present invention proposes a frequency-based resonant frequency control method in the control state State # 1 and a resonant frequency-based control method in the control state State # 2 as described above.

주파수 정보를 기반으로 공진주파수 제어를 수행할 경우, 직관적인 제어가 가능한 장점이 있지만, 이 경우, 주파수 제어를 위한 기준(reference)값 설정에 어려움이 존재한다. 공진주파수 변화에 영향을 주는 요인은 매우 다양하기 때문에 모든 경우의 수에 대한 실험을 진행하여 공진주파수 기준값을 획득하기는 사실상 불가능하다. 때문에 본 발명에서는 선형전자가속기의 초기 운전 상태(빔로딩 없이 고주파 전력값을 원하는 설정값을 증가시키는 단계)에서만 공진주파수를 기반으로 하여 공진주파수 제어가 수행되도록 하였다. 이 경우에는 허용가능한 주파수 제어범위와 반사파 크기 범위가 상대적으로 엄격하지 않기 때문에 Coarse tuning만으로 제어가 가능한 구간이다. When performing resonant frequency control based on frequency information, there is an advantage that intuitive control is possible, but in this case, it is difficult to set a reference value for frequency control. Since there are many factors affecting the change in the resonance frequency, it is virtually impossible to obtain the reference value of the resonance frequency by conducting experiments on the number in all cases. Therefore, in the present invention, the resonant frequency control is performed based on the resonant frequency only in the initial operating state of the linear electronic accelerator (step of increasing a desired set value of a high frequency power value without beam loading). In this case, since the allowable frequency control range and the reflected wave size range are not relatively strict, it is a section that can be controlled only by coarse tuning.

반사파의 파워를 기반으로 한 공진주파수 제어 방법의 경우, 반사파의 파워크기가 최소가 되는 지점이 제어목표지점이 되기 때문에 제어 기준값을 획득하기 위한 사전 실험이 불필요하다. 다만, 파워값만을 기준으로 제어를 할 경우, 급격한 상태변화요인이 존재하거나 제어과정상에서의 휴먼에러로 인해 다른 동작모드에서 제어가 수행될 수 있기 때문에 보조적으로나마 공진주파수를 모니터링할 필요성이 있다.In the case of a resonant frequency control method based on the power of a reflected wave, a point where the power size of the reflected wave becomes the minimum is a control target point, so a prior experiment for obtaining a control reference value is unnecessary. However, when the control is performed based only on the power value, it is necessary to monitor the resonance frequency auxiliaryly because control may be performed in another operation mode due to the presence of a sudden state change factor or human error in the control process.

도 5 및 도 6과 같이, 선형전자가속기(1000)에서 전자빔을 가속하게 되면 빔로딩에 의해 가속관(20)과 고주파 공급원(60) 간의 임피던스 매칭이 틀어지게 되고, 이로 인해 측정되는 반사파의 파형특성에 변화가 발생한다. 5 and 6, when the electron beam is accelerated in the linear electron accelerator 1000, impedance matching between the accelerator tube 20 and the high-frequency source 60 is distorted by beam loading, and the waveform of the reflected wave measured thereby Changes in properties occur.

빔로딩이 발생할 경우(State #2), 도 5에서 보는 바와 같이 고주파 반사파의 파형은, 진행파와 전자총용 펄스 모듈레이터 신호가 액티브됨에 따른 빔로딩에 의한 영향으로 인해 파형이 변화하게 되는데, 이러한 경우 반사파의 크기를 측정하는 위치를 어느 지점으로 설정하느냐에 제어성능이 달라지게 된다. When beam loading occurs (State # 2), as shown in FIG. 5, the waveform of the high-frequency reflected wave is changed due to the effect of beam loading as the traveling wave and the pulse modulator signal for the electron gun are activated. In this case, the reflected wave The control performance varies depending on which point is set to the position to measure the size of.

본 발명에서는 전자총용 펄스 모듈레이터 신호의 펄스 ON 구간을, 마그네트론(60)의 RF 신호 발생을 위한 모듈레이터(50) 신호의 고주파 펄스 ON 구간 내에 동기화시키되, 펄스폭의 경우, 전자총용 펄스 모듈레이터 신호가 미소하게나마 RF 신호 펄스폭 보다 작도록 설정하고 인가하여, 가속관(20)으로의 전자빔 로딩으로 인한 영향을 받지 않는 구간(Beam loading free zone))을 확보하는 방식을 사용하여 반사파 측정 지점을 선정하였다. 예를 들어, 도 7과 같이 가속관(20)으로의 전자빔 로딩으로 인한 영향을 받는 영역(예, 측정 포인트 #1, #2 등)이 아닌 전자빔 로딩으로 인한 영향이 없는 영역(측정 포인트 #3 주변)에서 반사파의 파워값을 측정하여, 이를 기초로 공진주파수 자동 제어부(110)가 마그네트론(60)의 RF 신호의 주파수를 보정할 수 있도록 함으로써, 강인한 제어가 가능하도록 하였다. In the present invention, the pulse ON period of the pulse modulator signal for the electron gun is synchronized within the high frequency pulse ON period of the modulator 50 signal for generating the RF signal of the magnetron 60, but in the case of the pulse width, the pulse modulator signal for the electron gun is minute Reflective wave measurement points were selected using a method that secured and set the RF signal pulse width to be smaller than the pulse width to secure a beam loading free zone due to the electron beam loading into the accelerator tube 20. For example, as shown in FIG. 7, the area not affected by electron beam loading (eg, measurement point # 1, # 2, etc.) is not affected by electron beam loading to the accelerator tube 20 (measurement point # 3 By measuring the power value of the reflected wave at the periphery), based on this, the automatic resonant frequency control unit 110 can correct the frequency of the RF signal of the magnetron 60, thereby enabling robust control.

또한, 본 발명에서는 제어 스테이트 State #2인 경우에도, 공진주파수 자동 제어부(110)의 결정부(112)가, 고주파 스펙트럼 측정부(140)로부터의 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 등을 지속적으로 모니터링하여, 방사선치료용 선형전자가속기(1000)로부터 출력되는 도즈량(Doserate)이 사전에 정의된 변화폭 내에서 유지될 수 있도록, 제어범위를 연산하는 과정에 활용될 수 있도록 하였다.Further, in the present invention, even in the case of the control state State # 2, the determination unit 112 of the automatic resonant frequency control unit 110 continuously monitors the spectrum distribution information and frequency information from the high frequency spectrum measurement unit 140, and the like. In order to maintain the dose rate output from the linear electron accelerator 1000 for radiotherapy within a predefined change range, it can be used in the process of calculating the control range.

도 9는 온도 변화와 빔로딩에 의한 공진주파수 변화를 보여주는 고주파신호의 파형도의 예들이다.9 is an example of a waveform diagram of a high frequency signal showing a change in temperature and a resonance frequency due to beam loading.

공진주파수 변화는 다양한 요인에 의해 변화하게 되나 가장 주요하게 영향을 미치는 요인은 가속관(20)의 온도변화와 빔로딩이다. 도 9는 선형전자가속기(1000)에 고출력 고주파를 공급해줌에 따라 가속관(20)의 온도변화가 발생하게 되고 이로 인해 공진주파수가 변화되는 모습을 보여준다. 빔로딩이 발생하게 되는 경우에는, 앞서 언급한 바와 같이 가속관(20)과 고주파 공급원(60) 간에 빔로딩으로 인한 임피던스 불일치가 순간적으로 발생하게 되고 이로 인해 온도 특성 또한 변화하게 된다. 이는 마찬가지로 가속관(20)의 공진주파수 변화의 원인이 된다.The resonant frequency change is changed by various factors, but the most important factors are the temperature change of the accelerator tube 20 and the beam loading. 9 shows that the temperature change of the accelerator tube 20 occurs as the high power high frequency is supplied to the linear electronic accelerator 1000, and the resonance frequency is thereby changed. When beam loading occurs, impedance mismatch due to beam loading occurs instantaneously between the accelerator tube 20 and the high frequency supply source 60 as described above, and thus the temperature characteristic also changes. This likewise causes a change in the resonance frequency of the accelerator tube 20.

한편, 선형전자가속기를 구동하는데 있어서 고주파 전력을 공급하기 위한 고주파 소스로써 일반적으로 클라이스트론과 마그네트론이 많이 사용되어지고 있다. 특히, 마그네트론은 상대적으로 저렴한 비용과 작은 사이즈, 운용상의 간편함 등의 장점을 갖고 있기에 방사선 치료를 목적으로 한 선형전자가속기의 경우, 영상시스템과의 융합을 위하여 소형/경량화하는 추세이기에 상대적으로 작은 사이즈의 마그네트론을 고주파공급원으로써 사용하는 경우가 많다. 본 발명의 선형전자가속기(1000)는 가속관(20)의 공진주파수와 외부에서 공급되는 위와 같은 마그네트론(60)의 고주파 신호의 공진 주파수를 일치시켜 가속관(20)으로 공급되는 고출력 고주파를 반사파에 의한 손실없이 효율적으로 전자 가속에 사용할 수 있도록 하였다. Meanwhile, in driving a linear electronic accelerator, klystrons and magnetrons are generally used as high frequency sources for supplying high frequency power. In particular, since the magnetron has advantages such as relatively low cost, small size, and operational simplicity, in the case of a linear electronic accelerator intended for radiation treatment, it is relatively small in size because it is small / lightweight for fusion with an imaging system. Magnetron is often used as a high-frequency supply source. The linear electronic accelerator 1000 of the present invention matches the resonant frequency of the accelerator tube 20 with the resonant frequency of the high-frequency signal of the magnetron 60 as supplied from the outside, and reflects high-power high-frequency high-frequency waves supplied to the accelerator tube 20 as reflected waves. It was made to be able to be used for electron acceleration efficiently without loss due to.

상술한 바와 같이, 전자빔 가속과정의 효율성은 가속관(20)의 공진주파수와 외부의 고주파공급원으로부터 전달되는 고출력 고주파 파워의 주파수 간의 매칭여부에 의존한다. 따라서 선형전자가속기(1000)를 통해 원하는 사양의 X-선을 출력하기 위해서는 정밀하고 안정적인 공진주파수 제어가 선행되어야 한다. 선형전자가속기(1000) 고주파특성은 전자빔의 가속과정에서 발생하게 되는 온도 변화, 전기적인 노이즈, 외부의 기계적인 외란요인 등에 의해 영향을 받는다. 언급된 외란 요인들 중 선형전자가속기(1000)의 출력 특성에 가장 큰 영향을 주는 요인은 빔로딩 및 고출력 고주파 공급에 따른 온도변화로서 이로 인해 발생하게 되는 가속관 내 공진주파수 변화를 추적하여 마그네트론의 출력 고주파의 주파수를 매칭시켜주는 제어과정이 매우 중요하다. As described above, the efficiency of the electron beam acceleration process depends on the matching between the resonance frequency of the accelerator tube 20 and the frequency of high output high frequency power transmitted from an external high frequency supply source. Therefore, in order to output X-rays of a desired specification through the linear electronic accelerator 1000, precise and stable resonance frequency control must be preceded. The high frequency characteristics of the linear electron accelerator 1000 are affected by temperature changes, electrical noise, and external mechanical disturbance factors that occur during the acceleration process of the electron beam. Among the disturbance factors mentioned, the factor that has the greatest influence on the output characteristics of the linear electronic accelerator 1000 is the temperature change according to the beam loading and high-power high-frequency supply, and the change in the resonance frequency in the accelerator tube is traced to the magnetron. The control process that matches the frequency of the output high frequency is very important.

따라서, 본 발명에 따른 마그네트론 기반 방사선치료용 선형전자가속기(1000)는, 공진주파수 변화에 가장 큰 영향을 주는 온도변화 정보를 공진주파수 제어과정에 활용하고 빔로딩이 존재하는 경우에도 정확한 공진주파수 제어가 가능하도록 하여, 가속관 내부의 가속전계를 최대로하고 X-선 출력특성(에너지, 도즈량 등)의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서는 주파수 정보와 고주파의 파워 정보, 가속관의 온도변화 정도를 선형전자가속기의 운전상태 변화에 대응하여 복합적으로 활용한다. 기존의 제어방식에 비해 다양한 상태정보들을 제어과정에 활용함으로써 공진주파수 불일치를 직관적으로 모니터링 가능하고 고주파특성의 변화에 능동적인 대응이 가능하다. 특히, 빔 로딩 시에 발생하게 되는 고주파 파형의 왜곡에 크게 영향을 받지 않기 때문에 전자빔 인출에 따른 상태 변화과정에서도 즉각적인 제어가 가능한 장점이 있다. 또한, 선형전자가속기(1000)의 고주파 특성에 지배적인 영향을 주는 요인인 온도 변화를 지속적으로 모니터링하고 이러한 정보를 연계하여 제어 과정이 수행되도록 함으로써, 온도 변화에 의한 고주파 특성 변화를 선제적으로 예측하여 보다 정확한 제어가 가능하다.Therefore, the magnetron-based linear electron accelerator 1000 for radiotherapy according to the present invention utilizes temperature change information that has the greatest influence on the resonance frequency change in the resonance frequency control process and accurately controls the resonance frequency even when beam loading is present. It is possible to maximize the acceleration electric field inside the accelerator tube and improve the performance of X-ray output characteristics (energy, dose, etc.). That is, in the present invention, the frequency information, the high frequency power information, and the degree of temperature change of the accelerator tube are used in combination in response to the change in the operating state of the linear electronic accelerator. By using various status information in the control process compared to the conventional control method, it is possible to intuitively monitor the resonance frequency mismatch and actively respond to changes in high-frequency characteristics. In particular, since it is not significantly affected by the distortion of the high-frequency waveform generated during beam loading, there is an advantage in that instant control is possible even in a state change process according to electron beam extraction. In addition, by continuously monitoring the temperature change, which is a factor that has a dominant effect on the high-frequency characteristics of the linear electronic accelerator 1000, and controlling the information to be performed by linking this information, it is possible to predict the high-frequency characteristic changes due to temperature changes preemptively. Therefore, more accurate control is possible.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components and the like have been described by limited embodiments and drawings, but these are provided only to help a more comprehensive understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments , Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the spirit of the present invention is not limited to the described embodiments, and should not be determined, and all technical spirits equivalent to or equivalent to the claims as well as the claims described below are included in the scope of the present invention. It should be interpreted as.

공진 제어 장치(100)
공진주파수 자동제어부(110)
온도 측정부(120)
고주파 파워 측정부(130)
고주파 스펙트럼 측정부(140)
마그네트론 모듈레이터(50)
마그네트론(60)
튜닝 모터(65)
방향성 커플러(70)
X-선 타겟(30)
콜리메이터(40)
가속관(20)
전자총(10)Resonance control device 100
Resonant frequency automatic control unit (110)
Temperature measurement unit 120
High frequency power measuring unit 130
High frequency spectrum measurement unit 140
Magnetron Modulator (50)
Magnetron (60)
Tuning Motor (65)
Directional Coupler (70)
X-ray target (30)
Collimator (40)
Accelerator tube (20)
Electron gun (10)

Claims (11)

커플러를 통해 가속관으로 입력되는 마그네트론의 RF 신호의 진행파를 측정하여 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 결정하는 고주파스펙트럼 측정부;
상기 진행파 및 상기 커플러를 통해 상기 가속관으로부터 나오는 반사파를 측정하여 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 결정하는 고주파파워 측정부; 및
상기 가속관의 전자빔 로딩 상태에서는 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 및 상기 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 기초로, 상기 가속관의 전자빔 로딩이 없는 상태에서는 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 기초로, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 상기 가속관의 공진 주파수로 보정하는 공진주파수 자동 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.A high-frequency spectrum measurement unit for measuring spectral distribution information and frequency information by measuring a traveling wave of an RF signal of a magnetron input to an accelerator tube through a coupler;
A high-frequency power measuring unit for measuring pulse wave information and high-frequency power information by measuring reflected waves from the accelerator tube through the traveling wave and the coupler; And
In the electron beam loading state of the accelerator, based on the spectral distribution information and frequency information, and the pulse waveform information and high frequency power information, in the absence of electron beam loading of the accelerator tube, based on the spectral distribution information and frequency information, the Automatic resonant frequency controller that corrects the frequency of the magnetron's RF signal to the resonant frequency of the accelerator tube
Resonance control device of a linear electronic accelerator comprising a. 제1항에 있어서,
상기 가속관의 전자빔에 의해 X-선 타겟에서 발생되는 X-선에 대한 콜리메이터 출력을 방사선치료에 이용하기 위한 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.According to claim 1,
Resonance control device of a linear electron accelerator, characterized in that for using the collimator output for X-ray generated in the X-ray target by the electron beam of the accelerator tube for radiation therapy. 제1항에 있어서,
상기 공진주파수 자동 제어부에서 상기 주파수의 보정에 반영하기 위한 상기 가속관의 온도를 측정하는 온도 측정부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.According to claim 1,
Temperature measuring unit for measuring the temperature of the accelerator tube to reflect the correction of the frequency in the automatic resonant frequency control unit
Resonance control device of a linear electronic accelerator, characterized in that it further comprises. 제1항에 있어서,
상기 공진주파수 자동 제어부는,
상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 상기 가속관의 공진 주파수로 보정하기 위한 룩업 테이블 정보를 저장하는 저장부; 및
상기 가속관의 전자빔 로딩의 온오프에 따라, 상기 룩업 테이블 정보를 참조하여 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정하는 결정부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.According to claim 1,
The resonant frequency automatic control unit,
A storage unit for storing lookup table information for correcting the frequency of the RF signal of the magnetron to the resonance frequency of the accelerator tube; And
Decision unit for correcting the frequency of the RF signal of the magnetron with reference to the look-up table information according to on / off of electron beam loading of the accelerator tube
Resonance control device of a linear electronic accelerator comprising a. 제4항에 있어서,
상기 룩업 테이블 정보는,
상기 가속관의 공진 모드에서의 공진주파수 정보,
온도 변화에 따른 상기 가속관의 공진주파수 변화의 정보, 및
공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.The method of claim 4,
The lookup table information,
Resonant frequency information in the resonance mode of the accelerator tube,
Information of a change in the resonance frequency of the accelerator tube according to the temperature change, and
Resonance control device of a linear electronic accelerator, characterized in that it comprises information about the frequency difference between the resonance modes. 제1항에 있어서,
상기 공진주파수 자동 제어부는,
상기 가속관의 전자빔 로딩이 없는 상태에서,
상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보에 대하여, 룩업 테이블의 상기 가속관의 공진 모드에서의 공진주파수 정보, 및 공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보를 참조하여, 해당 공진 모드의 이탈여부를 판단하고 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.According to claim 1,
The resonant frequency automatic control unit,
In the absence of electron beam loading of the accelerator tube,
With respect to the spectral distribution information and frequency information, the resonance frequency information in the resonance mode of the accelerator tube in the look-up table and information on the frequency difference between the resonance modes are determined to determine whether the resonance mode deviates, and the magnetron. Resonance control device of a linear electronic accelerator, characterized in that to correct the frequency of the RF signal. 제6항에 있어서,
상기 공진주파수 자동 제어부는,
상기 가속관의 온도에 대한 정보를 입력 받고, 상기 룩업 테이블에서의 온도 변화에 따른 상기 가속관의 공진주파수 변화의 정보를 더 참조하여, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.The method of claim 6,
The resonant frequency automatic control unit,
Linearity characterized by receiving information about the temperature of the accelerator tube and further correcting the frequency of the RF signal of the magnetron by further referring to the information of the change in the resonance frequency of the accelerator tube according to the temperature change in the lookup table. Resonance control device of electronic accelerator. 제1항에 있어서,
상기 공진주파수 자동 제어부는,
상기 가속관의 전자빔 로딩 상태에서,
상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 및 상기 펄스파형 정보와 고주파파워 정보에 대하여, 룩업 테이블의 상기 가속관의 공진 모드에서의 공진주파수 정보, 및 공진모드들 간의 주파수 차이에 대한 정보를 참조하여, 해당 공진 모드의 이탈여부를 판단하고 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.According to claim 1,
The resonant frequency automatic control unit,
In the electron beam loading state of the accelerator tube,
With respect to the spectral distribution information and frequency information, and the pulse waveform information and the high frequency power information, a corresponding resonance is referred to by referring to resonance frequency information in a resonance mode of the accelerator tube of a look-up table and information about a frequency difference between resonance modes. Resonance control device of a linear electronic accelerator, characterized in that to determine whether the mode is out and correct the frequency of the RF signal of the magnetron. 제8항에 있어서,
상기 공진주파수 자동 제어부는,
상기 가속관의 온도에 대한 정보를 입력 받고, 상기 룩업 테이블에서의 온도 변화에 따른 상기 가속관의 공진주파수 변화의 정보를 더 참조하여, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.The method of claim 8,
The resonant frequency automatic control unit,
Linearity characterized by receiving information about the temperature of the accelerator tube and further correcting the frequency of the RF signal of the magnetron by further referring to the information of the change in the resonance frequency of the accelerator tube according to the temperature change in the lookup table. Resonance control device of electronic accelerator. 제8항에 있어서,
상기 마그네트론의 RF 신호의 발생을 위한 모듈레이터 신호 펄스폭 내에서 그 보다 작은 펄스폭을 갖는 상기 가속관의 전자빔 발생을 위한 모듈레이터 신호를 인가해, 상기 가속관의 전자빔 로딩에 의해 영향을 받지않는 구간에서 측정되는 반사파의 측정 파워를 이용하여, 상기 공진주파수 자동 제어부는 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 보정하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 장치.The method of claim 8,
In a section not affected by the electron beam loading of the accelerator tube by applying a modulator signal for generating an electron beam of the accelerator tube having a pulse width smaller than the modulator signal pulse width for generating the RF signal of the magnetron. The resonant frequency automatic control unit using the measured power of the reflected wave, the resonance control device of a linear electronic accelerator, characterized in that for correcting the frequency of the RF signal of the magnetron. 커플러를 통해 가속관으로 입력되는 마그네트론의 RF 신호의 진행파를 측정하여 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 결정하는 단계;
상기 진행파 및 상기 커플러를 통해 상기 가속관으로부터 나오는 반사파를 측정하여 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 결정하는 단계; 및
상기 가속관의 전자빔 로딩 상태에서는 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보 및 상기 펄스파형 정보와 고주파파워 정보를 기초로, 상기 가속관의 전자빔 로딩이 없는 상태에서는 상기 스펙트럼 분포 정보와 주파수 정보를 기초로, 상기 마그네트론의 RF 신호의 주파수를 상기 가속관의 공진 주파수로 보정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형전자가속기의 공진 제어 방법.Determining spectral distribution information and frequency information by measuring a traveling wave of the RF signal of the magnetron input to the accelerator through the coupler;
Determining pulse waveform information and high frequency power information by measuring reflected waves from the accelerator tube through the traveling wave and the coupler; And
In the electron beam loading state of the accelerator, based on the spectral distribution information and frequency information, and the pulse waveform information and high frequency power information, in the absence of electron beam loading of the accelerator tube, based on the spectral distribution information and frequency information, the Compensating the frequency of the RF signal of the magnetron to the resonance frequency of the accelerator tube
Resonance control method of a linear electronic accelerator comprising a.
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